予荷重段階では、実験室用油圧プレスを使用して、ステンレス鋼管で閉じ込められた標本に特定の低レベルの力を加えます。具体的には、加えられる荷重は、標本の推定最終耐荷力の10パーセントを超えないように厳密に制御されます。この初期ステップは、正式な試験が開始される前に機械システムを安定させるための重要な校正フェーズです。
主な要点 予荷重の主な機能は、物理的な隙間をなくし、試験装置からの系統誤差を除去することによって、標本を機械的に「固定」することです。これにより、結果として得られる軸荷重-変位曲線が線形セグメントから始まることが保証され、実験データの科学的信頼性と精度が保証されます。
予荷重手順の仕組み
荷重閾値の定義
この段階では、油圧プレスは材料の限界を試験するためではなく、準備するために使用されます。オペレーターは、推定最終耐荷力の10パーセントで力を上限にする必要があります。この安全マージンにより、軽量骨材コンクリートコアが無傷で弾性範囲内に留まることが保証されます。
接触隙間の除去
標本の端面が平らに研磨されていても、コンクリート表面と機械の圧力プレートの間にはしばしば微細な隙間が残ります。プレスは、これらの物理的な隙間を完全に閉じるのに十分な圧力を加えます。これにより、実際の試験データが記録される前に、断面全体で完全な機械的接触が保証されます。
系統誤差の除去
すべての試験リグには、わずかな機械的な「遊び」またはコンプライアンスがあります。予荷重はシステムコンポーネントを剛化します。このプロセスにより、機械の初期移動に関連する系統誤差が除去され、後続の変位測定値が機械の変位ではなく、標本の変形を反映することが保証されます。
これがデータ信頼性を保証する理由
曲線線形の確立
コンクリート挙動の科学的分析は、荷重-変位曲線の解釈に依存します。予荷重により、この曲線が線形の初期セグメントを示すことが保証されます。この線形性がないと、機械の安定化と材料が実際に応力に反応していることの区別が困難になります。
誤った開始の防止
標本が予荷重されていない場合、初期データポイントはしばしば「つま先」領域、つまり線形ではなくゆっくりと上昇する曲線を示します。この歪みにより、複合材料の初期剛性または弾性率を正確に計算することはほぼ不可能になります。
避けるべき一般的な落とし穴
過圧縮のリスク
10%の制限を超える予荷重を適用することは重大なエラーです。過度の圧力は、軽量骨材コンクリート内に早期の微小亀裂を誘発したり、鋼管を早期に降伏させたりする可能性があります。これは標本の物理特性を永久に変更し、後続の最終耐荷力試験を無効にします。
表面処理の無視
プレスは小さな隙間を補正しますが、大きな不規則性を補うことはできません。標準的な実験室プロトコルに記載されているように、標本の端面は、プレスに配置される前に完全に平坦で垂直に研磨されている必要があります。予荷重は、物理的な準備がすでに高精度である場合にのみ最適に機能します。
目標に合わせた適切な選択
実験データの精度を最大化するために、分析ニーズに基づいて特定の意図を持って予荷重フェーズを適用してください。
- 弾性係数の計算が主な焦点の場合： 10%の制限を厳密に遵守して、グラフの初期線形部分が機械の安定化ではなく、材料の剛性を純粋に表すようにしてください。
- 最終耐荷力が主な焦点の場合： 予荷重フェーズを使用して、荷重が同心的かつ均一であることを視覚的に確認し、偏心荷重による早期の破壊を防ぎます。
この予荷重プロトコルを厳密に適用することにより、実験データが単なる数値の集まりではなく、材料の真の構造挙動の忠実な表現であることを保証します。
概要表：
| 特徴 | 予荷重仕様 |
|---|---|
| 荷重閾値 | 推定最終耐荷力の10%以下 |
| 主な目標 | 接触隙間と機械的遊びの除去 |
| 材料の安全性 | コアを弾性範囲内に維持し、微小亀裂を回避 |
| データへの影響 | 荷重-変位曲線の線形初期セグメントを保証 |
| 準備要件 | 表面は平坦かつ垂直に研磨されている必要がある |
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参考文献
- Ruiqing Zhu, Haitao Chen. A Study of the Performance of Short-Column Aggregate Concrete in Rectangular Stainless Steel Pipes under Axial Compression. DOI: 10.3390/buildings14030704
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
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